CN105305669A - 一种转子电励磁游标磁阻电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于：它包括：定子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有电枢绕组，各凹槽之间的凸起部分形成定子齿；转子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有励磁绕组，各凹槽之间的凸起部分形成转子齿；所述定子与转子同轴套装，励磁绕组和电枢绕组分别供电，通过调节励磁绕组的频率，来实现电机转速的调节。本发明的一种转子电励磁永磁游标磁阻电机，采用游标结构和转子电励磁的方法，且励磁磁场频率可调节，从而改善现有游标电机功率因数较低和低速定子电励磁电机高饱和效应引起的问题。

Description

一种转子电励磁游标磁阻电机
技术领域
本发明属于电机领域，具体涉及一种转子电励磁的游标磁阻电机，适用于电动汽车、轨道交通等方面。
背景技术
在要求高转矩低速的直接驱动应用中，工业中常采用和齿轮箱直接相连的传统高速电机或多极对数电机。但此类驱动系统具有噪声大、效率低、维护费用高等缺点。游标磁阻电机能够克服上述缺点，成为一种合适的替代结构。实际上，由于游标磁阻电机固有的游标效应，它在实现低速高转矩的同时，避免了电机极对数的增加，而且游标磁阻结构减少了传统驱动系统的维护保养费用。
基于游标效应，游标结构可以在不增加电机极对数的情况下，产生高转矩。然而，游标电机的主要缺点是功率因数低。在保证输出功率的条件下，功率因数低，则变频器的体积较大，从而增加成本，系统可靠性降低。为了提高功率因数，常采用永磁体或电励磁的方法。在这两种情况下，电机的运行类似于具有低转矩脉动的无槽转子同步电机。永磁同步电机的励磁磁场不能变化，而电励磁结构正好克服了此局限性。研究表明，定子电励磁方法易产生高饱和，引起电机性能降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种既可提高功率因数又可调节电机转速的转子电励磁游标磁阻电机。
本发明所采用的技术方案为：一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于：它包括：
定子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有电枢绕组，各凹槽之间的凸起部分形成定子齿；
转子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有励磁绕组，各凹槽之间的凸起部分形成转子齿；
所述定子与转子同轴套装，励磁绕组和电枢绕组分别供电，通过调节励磁绕组的频率，来实现电机转速的调节。
按上述技术方案，所述定子为单定子结构，所述定子与转子的齿数不相同。
按上述技术方案，所述定子为双定子结构，分为直径不同的内定子和外定子，两者呈同轴内外套接，两定子上的凹槽数相同，两者的电枢绕组绕法相同且形成的磁场极对数相同；所述转子同轴夹装在内定子和外定子之间，在转子的内壁和外壁周向均设置有凹槽，且分别嵌放励磁绕组，在两凹槽内嵌放的励磁绕组绕法相同，且形成的磁场极对数相同。
按上述技术方案，设定子齿数为Ns,转子齿数为Nr，定子上的三相分布的电枢绕组的极对数为Pa，转子上的三相分布的励磁绕组的极对数为Pe，四者满足如下关系：
|Ns+εNr|＝|Pa+εPe|，其中，|Ns+εNr|≠Pa≠Pe≠2Pa≠2Pe，ε＝±1。
按上述技术方案，所述定子上三相分布的电枢绕组的极对数小于转子上的三相分布的励磁绕组的极对数。
按上述技术方案，内定子与外定子齿槽相对设置，或内定子与外定子齿齿相对设置。
按上述技术方案，所述定子和转子铁心采用硅钢片叠成。
按上述技术方案，励磁绕组采用直流励磁或交流励磁的其中一种方式供电。
本发明所取得的有益效果为：1、本发明通过在转子上设置凹槽来嵌放励磁绕组，即采用转子电励磁的方法，设计时，本发明的定子极对数可以根据需要来确定，一般情况使它小于转子极对数；对于传统电机，定子极对数等于转子极对数，在转速恒定情况下，增加转子极对数可以提高定子磁链的交变频率，但同时定子磁链会因转子极对数的增加而同比例减少，定子电励磁游标磁阻电机，可以改善上述问题，但由于电枢绕组和励磁绕组都嵌放在定子槽中，调节励磁绕组频率的同时会导致齿部磁密饱从而使得反电势波形发生畸变。本发明解决了传统电机增大极对数会同比例减小定子磁链的矛盾，从而增加磁链交变频率跟定子磁链的乘积，进而增大空载反电动势，增加转矩和功率密度，改善了定子电励磁电机高饱和效应引起的问题；2、既可以采用单定子结构，也可以采用双定子结构，适用性强；3、采用双定子结构时既可以采用齿槽相对的结构，也可以采用齿齿相对的结构，以进一步减小漏磁通和提高功率因数；4、本发明可通过调节励磁绕组的频率来改变电机的转速，适于低速大转矩的应用中。
附图说明
图1为本发明提供的实施例的单定子电励磁游标磁阻电机结构图。
图2为图1的三维结构示意图。
图3为本发明提供的实施例中双定子电励磁游标磁阻电机结构图(两定子齿齿相对设置时)。
图4为本发明提供的实施例中双定子电励磁游标磁阻电机结构图(两定子齿槽相对设置时)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和效果更加清晰明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施例仅用来解释本发明，并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明的各个实施方式所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1：
本实施例提供的一种转子电励磁游标磁阻电机，它包括：
一个定子2，其呈圆柱状，在柱体内壁周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有电枢绕组3，电枢绕组呈三相分布，电枢绕组可为单层绕组也可为双层绕组，各凹槽之间的凸起部分形成定子齿；
一个转子1，其呈圆柱状，在柱体外壁周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有励磁绕组4，励磁绕组4呈三相分布，励磁绕组可为单层绕组也可为双层绕组，各凹槽之间的凸起部分形成转子齿；
其中，定子、转子铁心采用硅钢片叠成，并用夹具固定(图中未示意出)，所述定子2套装在转子1外面，且同轴套装，形成单定子结构。两者之间设有间隙，形成气隙。励磁绕组4和电枢绕组3分别供电，励磁绕组采用直流励磁和交流励磁的其中一种方式供电，当采用交流励磁供电时，通过调节励磁绕组的频率，来实现电机转速的调节。
其中，所述定子与转子的齿数不相同，设定子2齿数为Ns，转子1齿数为Nr，定子2上的三相分布的电枢绕组的极对数为Pa，转子1上三相分布的励磁绕组的极对数为Pe，例如：定子齿数为60，转子齿数为66，电枢绕组绕制成5对极，励磁绕组绕制成11对极，其满足以下关系式：
|Ns+εNr|＝|Pa+εPe|,其中|Ns+εNr|≠Pa≠Pe≠2Pa≠2Pe,ε＝±1。
本实施例中，定子上上的三相分布的电枢绕组的极对数可以根据需要来选择确定，一般情况使它小于转子上三相分布的励磁绕组的极对数，解决了传统电机增大极对数会同比例减小定子磁链的矛盾，从而增加磁链交变频率跟定子磁链的乘积，进而增大空载反电动势，增加转矩和功率密度，改善了定子电励磁电机高饱和效应引起的问题。
设电枢绕组的电流的频率为ωa＝50Hz，励磁绕组形成的电路中的频率值设为ωe＝4.16Hz，转子转速为通过改变频率调节转速，本实施例的转子电励磁游标磁阻电机转矩可以达到800Nm，达到了提供功率因数的目的。
实施例2：
本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：本实施例的定子为两个，即为双定子结构，其分为直径不同的内定子202和外定子201，两者呈同轴内外套接，两定子上的凹槽数相同，两者的电枢绕组绕法相同且形成磁场极对数相同；所述转子1同轴夹装在内定子202和外定子201之间，在转子1的内壁和外壁周向均设置有凹槽，且分别放置励磁绕组，在两凹槽内设置的励磁绕组绕法相同，且形成磁场极对数相同。设两定子齿数均为60，转子内壁和外壁上形成的齿数均为66，两定子上电枢绕组均绕制成5对极，转子内壁和外壁上励磁绕组均绕制成11对极，同样满足关系式|Ns+εNr|＝|Pa+εPe|,其中|Ns+εNr|≠Pa≠Pe≠2Pa≠2Pe,ε＝±1。

Claims (8)

1.一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于：它包括：
定子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有电枢绕组，各凹槽之间的凸起部分形成定子齿；
转子，其呈圆柱状，在柱体周向均匀开设有多个凹槽，在凹槽内嵌放有励磁绕组，各凹槽之间的凸起部分形成转子齿；
所述定子与转子同轴套装，励磁绕组和电枢绕组分别供电，通过调节励磁绕组的频率，来实现电机转速的调节。
2.根据权利要求1所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于：所述定子为一个定子，形成单定子结构，所述定子与转子的齿数不相同。
3.根据权利要求1所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，所述定子为两个，形成双定子结构，分为直径不同的内定子和外定子，两者呈同轴内外套接，两定子上的凹槽数相同，两者的电枢绕组绕法相同且形成的磁场极对数相同；所述转子同轴夹装在内定子和外定子之间，在转子的内壁和外壁周向均设有凹槽，且分别嵌放有励磁绕组，在两凹槽内嵌放的励磁绕组绕法相同，且形成的磁场极对数相同。
4.根据权利要求2或3所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，设定子齿数为Ns,转子齿数为Nr，定子上的三相分布的电枢绕组的极对数为Pa，转子上的三相分布的励磁绕组的极对数为Pe，四者满足如下关系：
|Ns+εNr|＝|Pa+εPe|，其中，|Ns+εPr|≠Pa≠Pe≠2Pa≠2Pe，ε＝±1。
5.根据权利要求4所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，所述定子上三相分布的电枢绕组的极对数小于转子上的三相分布的励磁绕组的极对数。
6.根据权利要求3所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，内定子与外定子齿齿相对设置，或内定子与外定子齿槽相对设置。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，所述定子和转子铁心采用硅钢片叠成。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种转子电励磁游标磁阻电机，其特征在于，励磁绕组采用直流励磁或交流励磁的其中一种方式供电。
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